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  • Luce usata per misurare il grande allungamento nelle proteine ​​della seta di ragno

    Mentre lavorava per migliorare uno strumento che misura le spinte e le spinte rilevate dalle proteine ​​nelle cellule viventi, i biofisici della Johns Hopkins affermano di aver scoperto una ragione per cui la seta dei ragni è così elastica:i pezzi dei fili proteici della seta agiscono come supermolle, allungando fino a cinque volte la loro lunghezza iniziale. Gli investigatori affermano che lo strumento farà luce su molti eventi biologici, comprese le forze di spostamento tra le cellule durante la metastasi del cancro.

    "Tutte le altre sorgenti conosciute, biologico e non biologico, si allungano in modo direttamente proporzionale alla forza loro applicata solo fino a quando non sono state allungate a circa il 20 percento della loro lunghezza originale, " nota Taekjip Ha, dottorato di ricerca, ricercatore capo dello studio. "A quel punto, devi applicare sempre più forza per allungarli alla stessa distanza di prima. Ma il pezzo della proteina della seta di ragno su cui ci siamo concentrati continua ad allungarsi in proporzione diretta alla forza applicata fino a raggiungere il suo allungamento massimo del 500 percento".

    I dettagli della ricerca sono stati pubblicati online sulla rivista Nano lettere il 5 febbraio

    ah, un Distinguished Professor di biofisica e chimica biofisica presso la Johns Hopkins University School of Medicine, dice che la nuova scoperta è arrivata durante il follow-up per la ricerca lui e il suo team, poi all'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, descritto nel giornale Natura nel 2010, lavoro svolto in collaborazione con i biologi cellulari guidati da Martin Schwartz, poi all'Università della Virginia.

    Il team della Virginia ha impostato questi esperimenti inserendo una sequenza di amminoacidi ripetuta, presa dalla proteina della seta di ragno nota come flagelliforme, in una proteina umana chiamata vinculina. La vinculina è responsabile dell'internalizzazione delle forze all'esterno di una cellula collegando la membrana cellulare e la rete di actina all'interno della cellula, rendendolo un importante comunicatore meccanico all'interno della cellula.

    Gli scienziati hanno anche affiancato all'inserto flagelliforme in vinculina due proteine ​​fluorescenti per illuminare e "segnalare" cosa stava succedendo attraverso il trasferimento di energia per risonanza di fluorescenza, o FRET. FRET si verifica quando una molecola fluorescente è abbastanza vicina a un'altra da attivare la seconda. Così, quando la vinculina era rilassata all'interno di una cella, "brillava" di giallo, il colore della seconda proteina fluorescente attivata dalla prima. Mentre la vincolina si allungava, cominciò a brillare di blu, il colore della prima proteina fluorescente, perché l'allungamento della distanza tra i due rendeva impossibile l'attivazione FRET della proteina gialla.

    Utilizzando la normale microscopia a fluorescenza, gli scienziati sono stati in grado di osservare le forze che agiscono sulla vinculina nelle cellule vive in tempo reale. Ma rimaneva un problema:come tradurre i colori mutevoli in misurazioni della forza "rilevata" dalla vinculina.

    È qui che è entrata in gioco la sua squadra, dice Ha. I ricercatori hanno attaccato un'estremità di vinculina modificata a una lastra di vetro e l'altra a una catena di DNA con una piccola perlina di plastica all'estremità. Hanno poi tirato il tallone con quelle che Ha descrive come "bacchette fatte di luce, " focalizzando un raggio di luce su un punto minuscolo nelle vicinanze e generando una forza attrattiva che ha attirato la perla verso la fonte di luce. In questo modo, Ha dice, i suoi investigatori potrebbero collegare la quantità di FRET con la quantità di forza su vinculina, consentendo loro di misurare le forze dinamiche che agiscono sulle proteine ​​nelle cellule vive semplicemente visualizzandole.

    In quel precedente studio, il team ha inserito 40 aminoacidi flagelliformi nella vinculina, composto da otto ripetizioni della sequenza amminoacidica GPGGA. In questo nuovo studio, gli scienziati volevano saperne di più sullo strumento flagelliforme variandone la lunghezza, così hanno creato inserti di cinque e 10 ripetizioni per testare insieme all'inserto originale di otto. Quello che hanno scoperto è che l'inserto più corto era il più reattivo alla più ampia gamma di forze, rispondendo con incrementi lineari di lunghezza a forze da 1 a 10 piconewton. (Ha dice che 1 piconewton è approssimativamente il peso di un batterio.)

    Il team non si aspettava che gli inserti in seta di ragno mostrassero un comportamento così lineare perché, secondo Ha, non formano ben definiti, strutture tridimensionali. "Generalmente, le proteine ​​non strutturate mostrano disordine, comportamento non lineare quando li tiriamo addosso, " dice Ha. "Il fatto che questi non agiscano in questo modo significa che saranno strumenti davvero utili per studiare la meccanica delle proteine ​​perché il loro comportamento è facile da capire e prevedere".

    Già, Ha dice, l'inserto flagelliforme di otto ripetizioni della ricerca precedente è stato utilizzato per studiare molti fenomeni biologici, comprese le forze di spostamento tra le cellule durante la metastasi del cancro e la spinta e la trazione delle cellule durante lo sviluppo di semplici, organismi multicellulari, come vermi.

    "La tensione è importante per molte attività all'interno delle cellule, " dice Ha. "Le cellule percepiscono le forze meccaniche nei loro ambienti e cambiano i loro comportamenti e funzioni in risposta. Ora abbiamo un modo per osservare e comprendere queste forze e come vengono trasmesse a livello molecolare nelle cellule viventi".


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